DeClara n.º 75 Abril 2024 - O Jornal digital do Agrupamento de Escolas Clara ...
Unidade 05 - Fundamentos de Mecânica das Estruturas
1. Unidade 05
Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Fundamentos de Mecânica das Estruturas
Leonardo Goliatt
Departamento de Mecânica Aplicada e Computacional
Universidade Federal de Juiz de Fora
versão 13.04
Leonardo Goliatt (MAC-UFJF)
Unidade 05
versão 13.04
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2. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Programa
1
Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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3. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
Programa
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4. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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Tensões Radiais
Até o momento, determinamos as expressões para as tensões normais
Precisamos definir também as tensões de cisalhamento em cada ponto da seção
Considere a barra curva de seção coplanar abaixo
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5. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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Um elemento típico da seção é mostrado abaixo
Vamos assumir que todas as tensões resultantes e carregamentos são funções
conhecidas das cordenadas dos pontos da barra e satisfazem o equilíbrio
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6. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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Tensões Radiais
Vamos examinar o equilíbrio de um elemento A mostrado abaixo 1
As tensões normais desenvolvidas em A resultam na força normal
σ s dA
F=
A
1 por
simplicidade, assuma que a dimensão b de A é paralela ao eixo z
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Tensões Radiais
Usando N s
σs =
Mz Jy − My Jyz
My Jz − Mz Jyz
N s Mz
y
z
−
+
+
2
2
A
AR
Jy Jz − Jyz 1 − y/R
Jy Jz − Jyz 1 − y/R
temos que
σ s dA =
F=
A
Mz Jy − My Jyz
My Jz − Mz Jyz
N s Mz
−
A +
Qz +
Qy
2
2
A RA
Jy Jz − Jyz
Jy Jz − Jyz
onde
Qz =
A
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y
dA,
1 − y/R
Unidade 05
Qy =
A
z
dA
1 − y/R
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8. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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Similarmente, as tensões as tensões de cisalhamento desenvolvidas em A resultam na força de cisalhamento Vy
τ sy dA
Vy =
A
Observe que se integrarmos em toda a área temos que
F −→ N s
Vy −→ Vy
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9. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
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Neste caso, tensões normais devem se desenvolver na seção para equilibrar as
componentes verticais das forças F e Vy
Essas tensões resultam na força σy b(R − y)∆ψ
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10. Tensões Radiais e Tangenciais em Barras Curvas
Tensões Radiais
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Tensões Radiais
Para determinar a influência de Vy em σ s , fazemos o equilíbrio na direção vertical
∆ψ
∆ψ
( F + ∆F − F ) sin
− σy b(R − y)∆ψ + (Vy + ∆Vy − Vy ) cos
=0
2
2
e fazendo ∆s → 0
F
∂Vy
F
y
1
+ ∂Vy
+
− σy b ( 1 − ) = 0 → σy =
R
∂s
R
∂s
b(1 − y/R) R
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Se F e Vy adquirem incrementos ∆F e ∆Vy no intervalo ∆s, deve existir uma
força horizintal na área b(R − y)∆ψ para promover o equilíbrio
Seja τys a tensão de cisalhamento média nesta área, então a força horizontal
desenvolvida é
τys b(R − y)∆ψ
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Somando as forças na direção horizontal
∆F cos
∆ψ
∆ψ
y
− (2Vy + ∆Vy ) sin
− τys b 1 −
R∆ψ = 0
2
2
R
ou, no limite ∆s → 0
∂F
Vy
∂F Vy
y
1
−
− τys b 1 −
= 0 → τys =
∂s + R
∂s
R
R
b(1 − y/R)
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Temos então
σy
τys
=
F
1
+ ∂Vy
R
∂s
b(1 − y/R)
=
∂F
Vy
1
∂s + R
b(1 − y/R)
onde
τ sy dA
Vy =
A
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O que resulta em
σy
=
1
F
b(1−y/R) R
τys
=
∂F
1
b(1−y/R) ∂s
+
+
∂
∂s A
τ sy dA
1
R A
τ sy dA
Note que As equações acima envolvem as funções desconhecidas τ sy = τys ,
resultando em equações integrais em τys
Para evitar tal complexidade, introduzimos a aproximação
Vy ≈
A
Vy
A
e usamos a relação2
Vy = py +
2 ver
Ns
R
⇒
Vy ≈
A
Ns
py +
A
R
unidade anterior
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E finalmente chegamos na expressão para a tensão radial
1 Mz A
Mz Jy − My Jyz
My Jz − Mz Jyz A
1
−
− p
+
Qz +
Qy
σy =
A y
2
2
b(1 − y/R) R AR
Jy Jz − Jyz
Jy Jz − Jyz
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Retornando na equação
∂F
Vy
1
τys =
∂s + R
b(1 − y/R)
e substituindo
F=
Mz Jy − My Jyz
My Jz − Mz Jyz
N s Mz
−
A +
Qz +
Qy
2
2
A RA
Jy Jz − Jyz
Jy Jz − Jyz
e também
Vy ≈
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A
Vy
A
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Chegamos em
τys =
A
1
b(1−y/R) A
+
dN s
ds
−
A
AR
+
+
dMz
ds
+
Qz Jy −Qy Jyz dMz
2
Jy Jz −Jyz ds
Qy Jz −Qz Jyz dMy
2
Jy Jz −Jyz ds
−
A
AR Vy
e substituindo
Vy
dN s
= ,
ds
R
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dVy
Ns
= −py − ,
ds
R
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dMz
= Vy
ds
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Temos então a equação das tensões tangenciais em barras curvas 3
τys =
3 Em
1
b(1−y/R)
+
Qz Jy −Qy Jyz
2 Vy
Jy Jz −Jyz
+
Qy Jz −Qz Jyz
2 Vz
Jy Jz −Jyz
−
A
AR Vy
A
barras com pequena curvatura, o termo − AR Vy pode ser desprezado
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Casos particulares (discutir em sala):
py = My = Vz = 0
seção simétrica com relação ao eixo y ⇒ Jyz = 0
analisar o caso na pag. 105
barras retas ⇒ R → ∞, com py = My = Vz = 0
barras retas ⇒ R → ∞, com py = My = Vz = 0 e seção transversal simétrica
τys =
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1
b(1−y/R)
+
Qz Jy −Qy Jyz
2 Vy
Jy Jz −Jyz
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+
Qy Jz −Qz Jyz
2 Vz
Jy Jz −Jyz
−
A
AR Vy
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